(57)【要約】【課題】容易に良好な色の再現性を得ることができるプロジェクタ装置を提供する。【解決手段】光源１１と、光源１１からの光線を、赤色、緑色、青色の３色の急峻なスペクトルを有する光に変換して反射させる特性のミラー１３と、ミラー１３での反射光を、赤色、緑色、青色の各色に分離するダイクロイックミラー１４とを有する。さらに、分離された各色の光Ｒ，Ｇ，Ｂを、表示する画像に合わせて変調してから合成する色合成部と、合成した光を投射する投射部４とを有してプロジェクタ装置１を構成する。【選択図】図１
2010039301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光線を、赤色、緑色、青色の３色の急峻なスペクトルを有する光に変換して反射させる特性を有するミラーと、
前記ミラーで反射した光を、赤色、緑色、青色の各色に分離する色分離部と、
前記色分離部で分離された各色の光を、表示する画像に合わせて変調してから合成する色合成部と、
前記色合成部で合成した光を投射する投射部とを有する
プロジェクタ装置。
【請求項２】
前記ミラーが、屈折率の異なる２種類の膜を交互に積層した多層膜から成る請求項１に記載のプロジェクタ装置。
【請求項３】
前記多層膜の前記２種類の膜が誘電体膜及び金属膜である請求項２に記載のプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
一般的なプロジェクタ装置においては、ダイクロイックミラーを用いることにより、赤色、緑色、青色の各色の光への分離を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
分離された各色の光は、液晶パネル等で変調が行われた後に、ダイクロイックプリズムで合成されて、投射光学系を経てスクリーンに投射される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７９６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、光源の発光スペクトルは、波長の変化に対して光強度が徐々に変化するようなスペクトルとなっている。
【０００５】
プロジェクタ装置の色の再現性に関しては、１段のダイクロイックミラーで切り取られる光線スペクトルに依存する。
そして、光源の発光スペクトルが、上述したように波長の変化に対して光強度が徐々に変化するようなスペクトルであるため、ダイクロイックミラーで切り取られる光線スペクトルが、比較的ブロードなスペクトルになる。
そのため、良好な色の再現性を得るには、ダイクロイックミラー等の設計アロワンスが非常に厳しくなる。
【０００６】
上述した問題の解決のために、本発明においては、容易に良好な色の再現性を得ることができるプロジェクタ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプロジェクタ装置は、光源と、この光源からの光線を、赤色、緑色、青色の３色の急峻なスペクトルを有する光に変換して反射させる特性を有するミラーと、このミラーで反射した光を、赤色、緑色、青色の各色に分離する色分離部とを有する。さらに、この色分離部で分離された各色の光を、表示する画像に合わせて変調してから合成する色合成部と、この色合成部で合成した光を投射する投射部とを有する。
【０００８】
上述の本発明のプロジェクタ装置の構成によれば、色分離部の前段に設けられたミラーによって、あらかじめ光源からの光を赤色、緑色、青色の急峻なスペクトルを有する光に変換している。
これにより、色分離部で赤色、緑色、青色の各色の光に分離したときに、各色の光が急峻なスペクトルで得られる。
そして、各色の光が急峻なスペクトルで得られるので、色合成部で表示する画像に合わせて各色の光を変調して合成すると、色の再現性が良好となる。
【発明の効果】
【０００９】
上述の本発明によれば、色の再現性が良好となるので、色の再現範囲を広くすることができ、かつ色分離部の光学部品（ダイクロイックミラー等）の設計アロワンスに余裕を持たせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態として、プロジェクタ装置の概略構成図を、図１に示す。
このプロジェクタ装置１は、大きく分けて、光学部２と、色分離・合成部３と、投射部４とから構成されている。
光学部２は、ランプ等の光源１１と、平行光学系１２と、色分離ミラー１３とから構成されている。
色分離・合成部３は、２枚のダイクロイックミラー１４及び３枚のミラー１７と、３枚の液晶パネル１５と、色合成プリズムとから構成されている。色合成プリズムは、４個のプリズム１６が組み合わされて成る。そして、色合成プリズムの各プリズム１６の境界面に、所定の波長帯の光のみを反射させる選択反射膜１６ａ，１６ｂが形成されている。
投射部４は、投射レンズ１８から構成されている。
【００１１】
光源１１としては、例えば、キセノンランプや高圧水銀ランプ等の各種ランプを使用することができる。
【００１２】
平行光学系１２は、光源１１からの光を平行光線に変換するように、構成する。例えば、フライアイレンズ群等により、均一な平行光線に変換する。
また、平行光学系１２には、直線偏光に偏光方向を揃えて分離する、偏光分離系を含むことが望ましい。
【００１３】
色分離・合成部３のうち、ダイクロイックミラー１４及びミラー１７が、光線を赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色の光線に分離する、色分離部を構成する。また、液晶パネル１５及びダイクロイックプリズムの各プリズム１６が、色分離部で分離した光を表示する画像に合わせて変調してから合成する、色合成部を構成する。
【００１４】
２枚のダイクロイックミラー１４のうち、最初に光が入射する方のダイクロイックミラー１４は、青色の光Ｂを透過して、他の光を反射させる特性を有する。
２枚のダイクロイックミラー１４のうち、２番目に光が入射する方のダイクロイックミラー１４は、緑色の光Ｇを反射して、赤色の光を透過させる特性を有する。
これにより、青色の光Ｂは、最初のダイクロイックミラー１４を透過して、右上のミラー１７で反射されて、右のプリズム１６に入射する。緑色の光Ｇは、最初のダイクロイックミラー１４で反射され、次のダイクロイックミラー１４で反射されて、下のプリズム１６に入射する。赤色の光Ｒは、最初のダイクロイックミラー１４で反射され、次のダイクロイックミラー１４を透過して、左下のミラー１７及び左上のミラー１７でそれぞれ反射されて、左のプリズム１６に入射する。
プリズム１６の境界面の選択反射膜１６ａ，１６ｂのうち、第１の選択反射膜１６ａは、赤色の光Ｒのみを反射して、他の色は透過する特性を有する。これにより、左のプリズム１６からの赤色の光Ｒがこの選択反射膜１６ａで反射されて図中上方の投射部４へ向かうと共に、下のプリズム１６からの緑色の光Ｇがこの選択反射膜１６ａを透過する。
プリズム１６の境界面の第２の選択反射膜１６ｂは、青色の光Ｂのみを反射して、他の色は透過する特性を有する。これにより、右のプリズム１６からの青色の光Ｂがこの選択反射膜１６ｂで反射されて図中上方の投射部４へ向かうと共に、下のプリズム１６からの緑色の光Ｇがこの選択反射膜１６ｂを透過する。
このようにして、赤色の光Ｒ、緑色の光Ｇ、青色の光Ｂを、投射部４の投射レンズ１８に集めて、画像表示のための投射光とすることができる。
【００１５】
本実施の形態においては、特に、光分離・合成部３の前段の光学部２に、入射光を赤色、緑色、青色の急峻なスペクトルに分解して反射光とする特性を有する色分離ミラー１３を設けている。この色分離ミラー１３は、光学部２の平行光学系１２の後段に設けられている。
そして、光源１１から平行光学系１２を経た光が、色分離ミラー１３で反射されて、光分離・合成部３の１枚目のダイクロイックミラー１４に入射するように、プロジェクタ装置１が構成されている。
【００１６】
また、色分離ミラー１３は、図１に示すように、光源１１から平行光学系１２を経た光が、表面に対して斜めに約４５度の入射角で入射するように配置されている。
【００１７】
なお、色分離ミラー１３の表面に対する光の入射角は、約４５度に限らず、表面に対して斜め方向であれば良い。
色分離ミラー１３の表面に対する光の入射角を約４５度にした場合には、図１に示すように、各光線Ｒ，Ｇ，Ｂの光路が平行及び直交する光学系を、容易に配置できる利点を有する。
【００１８】
そして、本実施の形態においては、図２の断面図に示すように、多層膜を用いて、色分離ミラー１３を構成する。
図２に示す色分離ミラー１３は、基板２０上に、互いに屈折率の異なる、第１の膜２１及び第２の膜２２が交互に積層された多層膜が形成されて成る。
そして、色分離ミラー１３の多層膜の最上層の表面２３に、光源１１からの光が斜めに入射するように配置される。
基板２０は、透明基板でも不透明基板でも構わない。なお、第１の膜２１及び第２の膜２２の積層膜だけで強度を確保できる場合には、基板を省略することも可能である。
図２では、最上層が最下層と同じく第１の膜２１となっており、層の総数が奇数であるが、層の総数を偶数として、最上層を最下層とは異なる第２の膜２２とすることも可能である。
【００１９】
また、複数の第１の膜２１、複数の第２の膜２２のそれぞれは、必ずしも同一の膜厚である必要はなく、より高い反射率が得られるように、適宜膜厚を変えても構わない。
各層の最適な膜厚の組み合わせは、例えば、各層の膜厚を設定して反射率を算出するシミュレーションを行うことにより、得ることが可能である。
【００２０】
第１の膜２１と第２の膜２２との屈折率の関係は、光源１１からの光が入射する側である、最上層（図２の場合には第１の膜２１）にある膜の方が高い屈折率を有していることが好ましい。
【００２１】
第１の膜２１及び第２の膜２２の材料は、互いに屈折率が異なっており、光源１１からの光の一部を透過する材料を選定する。
実際には、さらに、所望の膜厚を均一に形成することが可能な材料であることが必要である。
具体的には、例えば、Ｎｂ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等の酸化物、ＭｇＦ２等の各種誘電体材料や、Ｎｂ，Ａｌ，Ａｇ等の各種金属材料、熱硬化型樹脂等を使用することができる。
また、例えば、ＴｉＯ２等の酸化物を熱硬化型樹脂やシラン化合物の溶媒中に分散させた塗布液を塗布して塗膜を形成した後に、この塗膜を硬化させることによって、それぞれの膜を形成しても良い。
【００２２】
そして、例えば、誘電体膜及び金属膜を交互に積層した構成や、高屈折率膜及び低屈折率膜を交互に積層した構成により、第１の膜２１及び第２の膜２２から成る多層膜を構成することが可能である。
誘電体膜には前述したＮｂ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等の誘電体材料を使用することができ、金属膜には前述したＮｂ，Ａｌ，Ａｇ等の金属材料を使用することができる。誘電体膜及び金属膜を交互に積層することにより、特に反射率変化の膜厚依存性を小さくすることができ、また反射率変化の入射角依存性を小さくすることができる、という利点を有する。
高屈折率膜としては、例えば、Ｎｂ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５等の酸化物膜や、ＴｉＯ２を樹脂やシラン化合物に分散させた膜が挙げられる。
低屈折率膜としては、例えば、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２等の膜や、ＳｉＯ２を樹脂やシラン化合物に分散させた膜が挙げられる。
【００２３】
さらに、この色分離ミラー１３において、各層の界面で反射した光が干渉して、赤色、緑色、青色の各色の光について、充分に高い反射率が得られるように、多層膜の各層の膜厚を選定する。
例えば、赤色、緑色、青色の各色の光に対して、７０％以上、より好ましくは８０％以上の反射率が得られると共に、これら各色の光の中間の波長帯の光の反射率が３０％以下、より好ましくは２０％以下となるように、多層膜の各層の膜厚を選定する。
【００２４】
ただし、光源１１からの光を、色分離ミラー１３の表面に対して斜めに入射させる構成であるため、多層膜の各層の膜厚は、多層膜の表面に対して光を垂直に入射させる場合とは異なる。
【００２５】
このことを、図３を参照して説明する。
層の表面に対して垂直に入射する場合には、厚さｄの層の表面での反射光と底面での反射光との間の光路差は２ｄとなる。
層の表面に対して斜めに入射する場合には、図３に示すように、厚さｄの層１０１の表面１０１Ａでの反射光と、層１０１の底面（下層１０２との界面）１０１Ｂでの反射光との間の光路差は、２Ｌ＝２ｄｃｏｓθとなる。ここで、θは、入射光の層１０１内での屈折角である。
このため、所望の光路差を得るために必要な厚さｄは、表面に垂直に入射する場合の１／ｃｏｓθとなる。
【００２６】
このように、多層膜から成る色分離ミラー１３を設けることにより、この色分離ミラー１３において、例えば図４に示すように、反射率のスペクトルが特定の波長帯で反射率が高くなるような、急峻なスペクトルを有する光学特性を得ることが可能になる。
【００２７】
光源１１から出射された光は、平行光学系１２にて平行光線に変換され、色分離ミラー１３に入射する。
この色分離ミラー１３により、光源１１からの光が、急峻なスペクトル特性を持つ赤色、緑色、青色のスペクトルに分離されて、下段の色分離・合成部３及び投射部４に到達する。
そして、投射部４からスクリーン等へ投射される。
【００２８】
上述の本実施の形態のプロジェクタ装置１の構成によれば、互いに屈折率の異なる第１の膜２１及び第２の膜２２を交互に積層して成る多層膜から成る分離ミラー１３を、分離・合成部３のダイクロイックミラー１４の前段に設けている。
そして、多層膜から成る分離ミラー１３を、光源１１からの光線を、赤色、緑色、青色の３色の急峻なスペクトルを有する光に変換して反射させる特性としている。
これにより、ダイクロイックミラー１４に赤色、緑色、青色の３色の急峻なスペクトルを有する光が入射することになり、ダイクロイックミラー１４で分離した３色それぞれの光が急峻なスペクトルで得られる。
そして、３色の光が急峻なスペクトルで得られるので、液晶パネル１５で表示する画像に合わせて各色の光を変調して、ダイクロイックプリズムで合成するときに、良好な色の再現性が得られる。
【００２９】
このように良好な色の再現性が得られるので、色の再現範囲を従来のプロジェクタ装置よりも広げることができる。また、ダイクロイックミラー１４の設計アロワンスに余裕を持たせることが可能になる。
そして、ダイクロイックミラー１４の設計アロワンスに余裕を持たせることが可能になるので、設計の自由度を広げることができ、従来の装置と比較して、より安価なプロジェクタ装置を構成することも可能になる。
【００３０】
本発明において、ダイクロイックミラー及びミラー、並びに各色の光Ｒ，Ｇ，Ｂの光路の設計は、図１の配置に限らず、その他の配置とすることも可能である。
例えば、図１に示した実施の形態とは、２枚のダイクロイックミラー１４の特性を入れ替えて、右のプリズムに赤色の光Ｒが入射し、左のプリズムに青色の光Ｂが入射するように構成することも可能である。
【００３１】
なお、色分離・合成部は、必ずしも図１に示した透過型の液晶（液晶パネル１５）のみを用いる必要は無く、反射型の液晶を用いた色分離・合成部等を自由に選択することができる。
【００３２】
また、色分離・合成部に、色分離ミラーにより分離された光線のＦ値を調整する、レンズ系を含んでも良い。
【００３３】
本発明のプロジェクタ装置は、フロント型、リア型のいずれのプロジェクタ装置にも適用することが可能である。
例えば、図１に示した実施の形態の投射レンズ１８から、前方のスクリーンに投射するフロント型のプロジェクタ装置を構成することができる。
また、例えば、図１に示した実施の形態の投射レンズ１８から背面側のミラーに投射して、ミラーで反射させて前方のスクリーンに投射するリア型のプロジェクタ装置を構成することができる。
【００３４】
ここで、実際に図１に示した実施の形態のプロジェクタ装置１を作製して、投射部４から射出される光線のスペクトルを調べた。
光源１１としては、図５に示す発光スペクトルを有するＸｅランプを使用した。
【００３５】
比較対照として、色分離ミラー１３を含まないプロジェクタ装置の投射部から射出される光線のスペクトルを、図６に示す。
図６に示すように、ブロードなスペクトルを有する、赤色、緑色、青色の各光線から構成される。
【００３６】
一方、図１に示した、色分離ミラー１３を有するプロジェクタ装置１の投射部４から射出される光線のスペクトルを、図７に示す。
図７に示すように、赤色、緑色、青色の各光線が急峻なスペクトルを示している。
【００３７】
このように、各光線が急峻なスペクトルとなるため、一般的な光学系を用いた場合と比較して、色再現範囲が広くなり、ＣＩＥ色度図での再現範囲は約２０％拡大される。
【００３８】
また、ダイクロイックミラーの設計余裕は、従来の一般的な光学系を用いた場合には数ｎｍ以下の範囲に制限される。
これに対して、図１に示した色分離ミラー１３を有するプロジェクタ装置１では、図７に示したように各光線が急峻なスペクトルとなることにより、１０ｎｍ程度までダイクロイックミラーの設計余裕が生まれる。
従って、設計の自由度を広げることができ、より安価な光学系を構築することが可能となる。
【００３９】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態のプロジェクタ装置の概略構成図である。
【図２】図１の色分離ミラーの構成を示す断面図である。
【図３】層の表面に対して光が斜めに入射する場合の光路差を説明する図である。
【図４】図１及び図２の色分離ミラーで得られる反射率のスペクトルの例である。
【図５】Ｘｅランプの発光スペクトルである。
【図６】色分離ミラーを含まないプロジェクタ装置の投射部から射出される光線のスペクトルである。
【図７】図１に示した色分離ミラーを有するプロジェクタ装置の投射部から射出される光線のスペクトルである。
【符号の説明】
【００４１】
１  プロジェクタ装置、２  光学部、３  色分離・合成部、４  投射部、１１  光源、１２  平行光学系、１３  色分離ミラー、１４  ダイクロイックミラー、１５  液晶パネル、１６  プリズム、１６ａ，１６ｂ  選択反射膜、１７  ミラー、１８  投射レンズ、２０  基板、２１  第１の膜、２２  第２の膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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